TW201400253A

TW201400253A - 夾持器系統

Info

Publication number: TW201400253A
Application number: TW102113706A
Authority: TW
Inventors: Jason Schaller; Robert Brent Vopat
Original assignee: Varian Semiconductor Equipment
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2014-01-01
Also published as: US20140252787A1; WO2013158480A1; US8777284B2; US20130277999A1

Abstract

揭露一種夾持器系統，其利用兩個不同空吸系統。此夾持器系統利用一個空吸系統來拾取物件，同時使用第二空吸系統來固持物件。在一些實施例中，使用文氏管元件型空吸系統作為第一空吸系統來拾取物件，作為此類型的系統擅長不需要產生密封的起始接觸而拾取物件。在一些實施例中，使用真空型系統作為第二空吸系統，作為此類型的系統能夠具有成本效益地來固持物件。

Description

文氏管輔助型夾持器

本發明是有關於一種文氏管(venture)輔助型夾持器。

許多應用需要使用機械臂或其他方式來拾取物件、固持物件、以及將物件移動至其他的位置。舉例而言，在製造半導體或太陽能電池時，通常是使用夾持器來拾取一個或多個晶圓、並將這些晶圓移動至其他的位置。舉例而言，未經處理的晶圓可能會到達載具中的一個位置。需要將這些未經處理的晶圓轉移至另一載具或固持器，以使得他們可被處理。在處理之後，這些晶圓需要再次被拾取及移動至經處理晶圓的載具。

現今使用多種技術來拾取及固持物件。圖1表示典型的空吸系統(suction system)10，其利用文氏管元件40。經壓縮乾燥空氣(Compressed Dry Air；CDA)從源20到達。當閘單元(gating element)30(其可能是閥)被致動時，CDA從源20衝出，穿過文氏管元件40且經由消音器(muffler)50輸出至環境中。注意在本揭露所表示全部的文氏管元件型的實施例中，消音器50是選擇性地的。在導管60中，文氏管元件40產生負壓，其強迫空氣進入空吸系統，從而排空與導管60連通的腔體70。這些空吸系統10產生大量的負壓，且因此對於拾取位於夾持器80下方的物件90是有效的。然而，雖然空吸系統10擅長於拾取物件90，但為了留住被拾取的物件90，空吸系統10仍需要連續流動的CDA。在一些例子中，單一夾持器80可能需要每分鐘4立方英尺(cubic feet per minute；CFM)的CDA來拾取及留住物件90。因此，對大系統(或者具有非常高的利用率的彼等者)來說，所使用的CDA的量可能是較多的，且成本可能是高昂的。

圖2表示典型的空吸系統100，其利用真空。在此系統中，使用負壓源110。使用閘單元120(例如是閥)來致動此系統。當閘單元120在第一位置上時，負壓源110與腔體130連通，從而在夾持器140中產生負壓。若物件90是位於夾持器140上或接近於夾持器140，則空吸系統100可以留住物件90。然而，由於低的壓差，在無初次接觸時，真空系統可能不能理想地拾取物件(例如是半導體晶圓)。然而，相較於圖1中描述的文氏管元件型空吸系統10而言，真空系統是相對具有成本效益的。

當閘單元120是在第二位置時，負壓源110與夾持器140斷開連通，從而釋放物件90。在一些實施例中，串聯地提供CDA源150及第二閘單元160(其亦可為閥)。當將閘單元120轉至第二位置時，可將第二閘單元160開啟。此將CDA供應於夾持器140，其強迫物件90離開夾持器140。

在一些實施例中，需要拾取(無起始接觸)、固持及置放大量的物件。一個此種實施例可為半導體或太陽能電池製造過程。使用真空系統是具有成本效益的，但對於拾取大量的物件來說不是優選的。在沒有形成密封的起始接觸時，文氏管元件型空吸系統非常擅長於快速且有效地拾取物件，但是在大範圍時，由於所需要的CDA量，文氏管元件型空吸系統可能是高成本的。

因此，若存在具有成本效益且能夠無起始接觸而快速地拾取物件的空吸系統，將是有益的。再者，若具有在相對短的時間區間內能夠拾取、固持及置放大量物件的大範圍系統，將是有益的。

10‧‧‧空吸系統

20‧‧‧源

30‧‧‧閘單元

40‧‧‧文氏管元件

50‧‧‧消音器

60‧‧‧導管

70‧‧‧腔體

80‧‧‧夾持器

90‧‧‧物件

100‧‧‧空吸系統

110‧‧‧負壓源

120‧‧‧閘單元

130‧‧‧腔體

140‧‧‧夾持器

150‧‧‧CDA源

160‧‧‧閘單元

200‧‧‧夾持器系統

201‧‧‧系統

202‧‧‧系統

210‧‧‧CDA源

215‧‧‧閘單元

220‧‧‧文氏管元件

230‧‧‧消音器

240‧‧‧導管

250‧‧‧負壓源

255‧‧‧CDA源

260‧‧‧閘單元

267‧‧‧閘單元

272‧‧‧腔體

273‧‧‧腔體

280‧‧‧夾持器

290‧‧‧物件

295‧‧‧感應器

300‧‧‧夾持器系統

301‧‧‧系統

302‧‧‧系統

310‧‧‧CDA源

315‧‧‧閘單元

320‧‧‧負壓源

325‧‧‧閘單元

330‧‧‧文氏管元件

340‧‧‧消音器

350‧‧‧CDA源

355‧‧‧閘單元

370‧‧‧夾持器

375‧‧‧腔體

380‧‧‧物件

385‧‧‧導管

390‧‧‧止回閥

395‧‧‧感應器

400‧‧‧夾持器系統

401‧‧‧夾持器

402‧‧‧夾持器

403‧‧‧夾持器

404‧‧‧夾持器

410‧‧‧系統

411‧‧‧閘單元

420‧‧‧系統

421‧‧‧閘單元

450‧‧‧控制器

500‧‧‧夾持器系統

501‧‧‧夾持器

502‧‧‧夾持器

503‧‧‧夾持器

504‧‧‧夾持器

510‧‧‧系統

520‧‧‧系統

521‧‧‧閘單元

522‧‧‧閘單元

523‧‧‧閘單元

524‧‧‧閘單元

525‧‧‧閘單元

526‧‧‧閘單元

527‧‧‧閘單元

528‧‧‧閘單元

601‧‧‧夾持器

602‧‧‧夾持器

603‧‧‧夾持器

604‧‧‧夾持器

610‧‧‧系統

620‧‧‧系統

621‧‧‧閘單元

622‧‧‧閘單元

623‧‧‧閘單元

624‧‧‧閘單元

640‧‧‧子集

650‧‧‧子集

700‧‧‧系統

710‧‧‧CDA源

715‧‧‧閘單元

720‧‧‧止回閥

730‧‧‧文氏管元件

740‧‧‧消音器

750‧‧‧系統

760‧‧‧CDA源

770‧‧‧止回閥

775‧‧‧閘單元

780‧‧‧文氏管元件

785‧‧‧導管

790‧‧‧消音器

為了使本揭露更易於理解，將參考附圖，在附圖中相似的元件被表示為相似的元件符號，且在符圖中：圖1是文氏管元件型夾持器系統的塊圖。

圖2是真空型夾持器系統的塊圖。

圖3是根據第一實施例的夾持器系統的塊圖。

圖4表示圖3的夾持器的底視圖。

圖5為根據第二實施例的夾持器系統的塊圖。

圖6A根據一實施例表示使用夾持器陣列的夾持器系統。

圖6B根據另一實施例表示使用夾持器陣列的夾持器系統。

圖6C根據另一實施例表示使用夾持器陣列的夾持器系統。

圖7根據一實施例表示操作的順序。

圖8為根據一實施例的夾持器系統的塊圖。

如上所述，真空系統擅長於固持物件，但可能不擅於在起始時拾取物件，尤其是在沒有產生密封的起始接觸時。文氏管元件型空吸系統擅長於拾取物件及固持物件，但需要大量的經壓縮乾燥空氣，尤其是在固持物件一段較長的時間時。因此，理想的夾持器系統可利用兩種類型的空吸系統，利用各個系統所進行的最好功能。

圖3表示第一實施例的夾持器系統200。在此實施例中，夾持器280包括至少兩個腔體272、273，腔體272、273彼此分開。這些腔體中的一者，腔體272與第一空吸系統201連通，而第二腔體273與第二空吸系統202連通。在一些實施例中，第一空吸系統201及第二空吸系統202是不同類型的系統。舉例而言，第二空吸系統202可採用真空，然而第一空吸系統201可採用文氏管元件。在此實施例中，第一空吸系統201是文氏管元件型系統，其具有CDA源210、閘單元215、文氏管元件220、消音器230及導管240。導管240的近端與文氏管元件230連通，同時遠端與夾持器280的腔體272連通。

第二空吸系統202包括負壓源250、以及閘單元260。選擇性地，CDA源255及相聯的閘單元267亦可包括在第二空吸系統202中。此第二空吸系統202與夾持器280的腔體273連通。這些閘單元全部可為閥。

圖4表示夾持器280的底視圖。在此實施例中，將腔體272、腔體273同心圓地重新配置，因此腔體272佔據夾持器280的中心，同時腔體273被配置在腔體272的外側。亦可能為其他的設置或形狀。舉例而言，夾持器280可具有較大量的同心環，其中交替的環與特定的空吸系統連通。在其他實施例中，不使用環。舉例而言，夾持器280的底部可被分為具有多數個腔體的格子，這些腔體被配置在行與列中。此多數個腔體可經設置而使得相鄰的腔體與不同的空吸系統連通。其他設計是可能的。

操作上，藉由開啟閘單元215來啟用第一空吸系統201，從而使得壓縮後的空氣流動通過閘單元215、文氏管元件220及消音器230。此流動在附加於文氏管元件220的導管240中產生負壓，從而在夾持器180的腔體272中產生吸力(suction)。此吸力使得夾持器280拾取物件290(例如是半導體晶圓或太陽能電池)。請注意僅藉由部分的腔體272、273所產生的吸力來將物件290舉起是足夠的。可使用多種技術來判定物件290是否已經被拾取。舉例而言，可將第一空吸系統210啟用一段預定的時間，且已知此時間對於確保將物件290拾取來說是足夠的。在其他實施例中，可使用感應器(例如是近接感應器295)來判定拾取物件290。

一旦已將物件290拾取，可藉用開啟閘單元260來啟用空吸系統202。此動作作用是在夾持器280中的其他腔體273中產生吸力。

當已經過確保第二空吸系統202已將空氣從腔體273排出的足夠時間，可藉由關閉閘單元215來停用第一空吸系統201。因此，物件290僅經由與第二空吸系統202連通的腔體中所產生的吸力而被保留在夾持器280上。

當物件將被配置時，將閘單元260關閉，從而移除來自腔體273的負壓源。若需要時，可使用CDA源255以強迫物件290從夾持器280上被吹落。此CDA源經由閘單元267與腔體273連通。

雖然未繪示，可經由控制器的使用來進行閘單元(或閥)的依次執行。此控制器可控制閘單元及，亦與感應器295連通以判定何時已拾取物件290，以便於得知何時要從第一空吸系統201轉換至第二空吸系統202。

圖5表示第二實施例的夾持器系統300。與第一實施例不相似的是，夾持器370具有單一腔體375，在此設置中，兩個不同的空吸系統301、302是連通的。在此實施例中，第一空吸系統301(其可包括文氏管元件330)經由導管385(其包括止回閥(check valve)390或其他相似的元件，使得空氣僅在一方向上流動)而與夾持器370連通。如上所述，文氏管元件型系統301包括CDA源310、以及閘單元315，以使得壓縮後的空氣流動通過文氏管元件330，並經由消音器340流出。導管385的近端與文氏管元件330連通，而導管385的遠端與夾持器370的腔體375連通。腔體375與第二空吸系統302(其包括負壓源320及閘單元325)連通。選擇性地，可包括第二CDA源350及閘單元355，以使得壓縮後的空氣經使用以強迫物件380從夾持器370上被吹落。再次說明，全部的閘單元可為閥。

操作上，在起始時，藉由關閉閘單元325來停用第二空吸系統302(其可為真空系統)。藉由開啟閘單元315來啟用第一空吸系統301，使得空氣向上流動通過閘單元315、文氏管元件330及消音器340。如上所述，此空氣流動在導管385中產生負壓，其強迫空氣從腔體375向上並通過導管385。因為流動是朝上的，因此止回閥390不抑制空氣的流動。當從腔體375將空氣排出時，夾持器370將拾取物件380。一旦已將物件380拾取時(如基於經過的時間或感應器395(例如是近接感應器)所判定)，藉由開啟閘單元325啟用第二空吸系統302。在這時間點(或稍後)，藉由開閉閘單元315停用第一空吸系統310。因為第一空吸系統310(當被停用時)是經由消音器340而與環境連通，因此需要阻擋空氣流從空吸系統301經由導管385流出並流動至負壓源320。因此，在此模式中，止回閥390移動至其操作位置，在止回閥390的操作位置上，止回閥390阻擋從第一空吸系統301流動至腔體375及負壓源320的空氣。接著使用第二空吸系統302來固持物件380。當有需要配置物件380時，將閘單元325關閉，將負壓源320從夾持器370斷開連接。若有需要時，可包括第二CDA源350，其經由閘單元355與夾持器370連通。當將要配置物件380時，可將閘單元355開啟，從而使得經壓縮的空氣流動至腔體375中，從而促進物件380從夾持器370上脫落。

雖然未繪示，如上所述，可經由控制器的使用來依序執行閘單元(或閥)。此控制器可控制閘單元，且亦可與感應器295連通以判定何時已將物件撿取，以便於得知何時將第一空吸系統301轉換至第二空吸系統302。

圖3及圖5表示兩個可能的實施例，其中第一空吸系統及第二空吸系統與單一支持器連通。此設置使得一個空吸系統主要負責撿取物件，而將另一空吸系統使用於固持物件。在一些實施例中，第一空吸系統是文氏管元件型系統，而第二空吸系統是真空系統。雖然繪示兩種設置，其他在具有兩個空吸系統與單一夾持器連通的設置亦在本揭露的範疇中。

圖3及圖5表示具有單一夾持器的夾持器系統的操作。雖然以上實施例被表示為具有個別的夾持器，但其他的設置是可能的。用於說明，圖6A至圖6C表示具有四個夾持器的夾持器系統。此揭露並不受限於此設置，在夾持器系統中可使用任何數量的夾持器。圖6A表示夾持器系統400，其中可以使用控制器450來共同地控制全部的夾持器401、夾持器402、夾持器403、夾持器404。換句話說，藉由致動閘單元411來同時對全部的夾持器401~404啟用及停用第一空吸系統410。相似地說，藉由致動閘單元421來一次性地對全部的夾持器401~404啟用及停用第二空吸系統40。此可藉由使用單一閘單元(或閥)來達成，以控制夾持器401~404與空吸系統410、420各者之間的界面。在此實施例中，使用閘單元411以啟用及停用第一空吸系統410。藉由控制器450將此閘單元411設定至第一位置，以使得在全部四個夾持器401~404處產生吸力，以便於分別地拾取在各夾持器下方的物件。一旦已將物件拾取，控制器450致動閘單元421，從而使得第二空吸系統420對夾持器401~404操作。接著可以藉由使用控制器致動第一閘單元411來停用第一空吸系統410。圖3或圖5所示的夾持器設置皆可被使用於此矩陣設置(matrix configuration)中。

圖6B表示第二夾持器系統500，可以使用其來控制四個夾持器501~504。在此設置中，使用八個閘單元(夾持器501~504各自利用兩個閘單元)。在此方式中，可以獨立地控制夾持器501~504各者。在此方式中，使用控制器(未繪示)，可以串聯地、並聯地、或組合地致動夾持器501~504各者。舉例而言，隨著閘單元(或閥)521~528關閉時，可開始操作。接著打開閘單元521，使得第一空吸系統510與第一夾持器501連通。當第一夾持器501拾取其相對物件時，將致動閘單元522，使得第二夾持器502與第一夾持器501連通。接著可以關閉閘單元521。接著可以將此順序重複用於夾持器501~504各者，以使得在下個夾持器的系列開始之前，各夾持器拾取並留住相對的物件。使用八個閘單元521~528使得靈活性增加。舉例而言，可以將閘單元521~528排序，因此第一空吸系統510同時與兩個(或更多)夾持器連通。一旦各夾持器已拾取相對的物件，將對此組夾持器致動第二空吸系統520，此夾持器使相對物件被保留住。接著，與這些夾持器相聯的閘單元可以被停用。接著，可以使用相同順序使下組夾持器作用。在另一實施例中，同時致動第一空吸系統510的全部的閘單元，因此全部四個夾持器501~501同時拾取他們的相對物件。接著，與第二空吸系統520相聯的閘單元被全部致動，且與第一空吸系統510相聯的閘單元被停用。因此，在一時間內致動多少個夾持器501~504的方面，各夾持器501~504的兩個閘單元的使用容許最大的靈活性。然而，此設置亦需要最大數目的閘單元及致動器來實行。

圖6C表示圖6A及圖6B間的折衷，其中夾持器601~604經編組為子集640、650，其中各子集640、650經提供而具有將其連接至第一空吸系統610的單一閘單元(或閥)622及624、以及將其連接至第二空吸系統620的閘單元621及623。在此實施例中，致動第一空吸系統610及第二空吸系統620的順序如上所述。然而，多於一個夾持器與一組閘單元連通。換句話說，使用閘單元621、622以同時操作夾持器601、602，同時閘單元623、624操作夾持器603、604。雖然未繪示，使用控制器以控制閘單元的操作(如上所述)。相較於圖6B而言，在此方式中，圖6C的實施例使用較少的閘單元但具有較低的靈活性。相反地說，相較於圖6A的設置而言，此方式利用更多的閘單元但具有更高的靈活性，其中可以控制空吸系統610、620以使得不是全部的夾持器601~604都是一次性地被致動。

當然，在圖6A至圖6C的實施例中，更多或更少的夾持器是可能的。舉例而言，可使用兩個夾持器或八個夾持器。

圖7表示一時間軸，其關於圖6C的夾持器601~604而表示控制器用來拾取及保留物件所採用的動作順序。此順序開始時，全部的元件(或閥)是在關閉的位置上。首先，閘單元622開啟以使得第一空吸系統與夾持器601、602連通。如上所述，第一空吸系統可以是任何適合的系統，且可使用任何設置(包括圖3及圖5所示)而與夾持器601、602連通。接著控制器判定何時已拾取對應這些夾持器601、602的物件，例如是藉由使用近接感應器、或者單純地等待一段預定的時間。在近接感應器的情況下，控制器可等待直到近接感應器與夾持器601、602聯繫，此意謂著已將相對物件拾取。一旦已將物件拾取，接著控制器致動閘單元621，使得第二空吸系統與夾持器601、602連通。接著，因為不使用此空吸系統來將物件保留在位置上，故在預定時間後(或致動閘單元621的同時)，藉由控制器將閘單元622關閉。接著，關於第二子集650，控制器重複上述順序。因為第二空吸系統620是被用來保留全部的物件，故當完成此順序時，開啟閘單元621及623。因為第一空吸系統610不用於保留物件，故將閘單元622、624兩者關閉；第一空吸系統610是用來拾取物件。

本文描述的控制器可為任何適合的處理元件，包括專屬控制器、一般用途的控制器或電腦。控制器也包括儲存單元，用於儲存指令以藉由處理單元執行。儲存單元可為任合適合的媒介，包括RAM、ROM、FLASH、磁性或光學記憶體。可將指令儲存在儲存單元中，其啟用控制器以執行本文描述的順序。此外，控制器可具有一個或多個輸入端(input)，使控制器得以監測感應器(例如近接感應器)、並對接收自感應器的資訊產生反應。

圖6C中表示的設置使得大量的夾持器經設置為較小的子集，因此空吸系統的限制及能力不會由於同時存在大量的經致動夾持器而超載。可被編為子集的夾持器的數量取決於實施方法，且可取決於所使用的空吸系統、拾取全部相關聯物件的可容許的CDA預算及可容許的時間、以及夾持器的全部數量。

再者，雖然本揭露描述兩個空吸系統為文氏管元件型系統及真空型系統，本揭露並不受限於此實施例。舉例而言，在一些實施例中，因為固持物件所需的吸力量小於起始撿取物件時所需的量，故用於固持物件的第二空吸系統也可為文氏管型元件(其中空氣流低於第一空吸系統)。圖8表示具有兩個文氏管元件型系統700、750的系統。如上所述，第一文氏管元件型系統700包括CDA源710、以及閘單元715，以使得經壓縮的空氣流動經過文氏管元件730並經由消音器740流出。導管785的近端與文氏管元件730連通，同時導管785的遠端與夾持器370的腔體375連通。腔體375與第二文氏管元件型系統750連通，第二文氏管元件型系統750也包括CDA源760、以及閘單元775，以使得經壓縮的空氣流動經過文氏管元件780並經由消音器790流出。如同第一系統700，導管是用於將文氏管元件780與腔體375連接。為了防止空氣回流，可將文氏管元件730、780各者經由球型止回閥720、770來連接至腔體375。

來自CDA源710的流速大於來自CDA源760的流速。此使得第一系統700得以產生用來拾取物件所需要的較強吸力。第二系統750的流速足以固持先前被拾取的物件。

操作中，啟用第一系統700，產生用來拾取物件所需要的吸力。在已將物件拾取後，基於時間或近接感應器所偵測之，啟用第二系統750。如上所述，此第二系統750具有較小的空氣流，且因此花費較低。在第二系統750啟用後，可以停用第一系統700(經由使用閘單元715)。再次地，所有的閘單元可為閥。

此外，可不違背發明的精神而由本文的描述改良圖7中所示的使用於控制各種閥的順序。舉例而言，可在開啟閘單元624的同時將閘單元622關閉。

本揭露不受限於本文描述的特定實施例的範疇。事實上，除了本文所描述的彼等者之外，本發明所屬技術領域具有通常知識者將從前面的描述及附圖而易於理解其他對於本揭露的多種實施例及改良方法。因此，此些其他實施例及改良方法傾向於落入本揭露的範疇內。再者，雖然本揭露已被描述在本文的上下文之用於特殊目的的特殊環境的特殊實施方法中，本發明所屬技術領域具有通常知識者將理解的是其用於並不受限於此，且可能有效地以用於任何數量的目的的任何數量的環境來實施本揭露。因此，以下所閘述的申請專利範圍應該被視為本文所描述的本揭露的全廣度及全精神。

200‧‧‧系統